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厭氧生物處理到底是什么?
發布時間:2020-04-26 點擊瀏覽:
 

隨著世界能源的日益短缺和廢水污染負荷及廢水中污染物種類的日益復雜化,廢水厭氧生物處理技術以其投資省、能耗低、可回收利用沼氣能源、負荷高、產泥少、耐沖擊負荷等諸多優點而再次受到環保界人士的重視。厭氧生物處理技術是利用厭氧微生物的代謝特性分解有機污染物,在不需要提供外源能量的條件下,以被還原有機物作為受氫體,同時產生有能源價值的甲烷氣體的一種水處理技術。


厭氧生物處理的基本原理

厭氧生物處理又被稱為厭氧消化、厭氧發酵,是指在厭氧條件下由多種(厭氧或兼性)微生物的共同作用下,使有機物分解并產生CH4CO2的過程。

Bryant提出了厭氧消化過程的三階段理論。(見圖1

                                                            

三階段理論認為,整個厭氧消化過程可以分為三個階段:a.水解、發酵階段;b.產氫產乙酸階段;c.產甲烷階段。有機物首先通過發酵細菌的作用生成乙醇、丙酸、丁酸和乳酸等,接著通過產氫產乙酸菌的降解作用而被轉化為乙酸和H2/CO2,然后再被產甲烷菌利用,最終被轉化為CH4CO2。產氫產乙酸菌和產甲烷菌之間存在著互營共生的關系。該理論將厭氧發酵微生物分為發酵細菌群、產氫產乙酸菌群和產甲烷菌群。


制漿造紙廢水的特點

制漿造紙工業廢水及其污染負荷隨著原料種類、生產工藝以及產品品種的不同,存在很大的差異。以廢紙制漿車間廢水為例,廢紙再生過程中產生的廢水主要來自廢紙的碎解、疏解,廢紙漿的洗滌、篩選、凈化,廢紙的脫墨、漂白以及抄紙過程。來自廢紙制漿車間的廢水,其中的固體懸浮物(SS)是由纖維、細小纖維、粉狀纖維、礦物填料、油墨顆粒、膠狀體的有機物或無機物組成的混合物。廢水中的有機物組分也隨著廢紙的種類而變化,其主要成分是碳水化合物,他們或者來自纖維素或半纖維素的降解,或者來自淀粉,主要構成廢水的BOD5,另外還有木素的衍生物,不僅會造成廢水的CODcr,而且會加深廢水的色度。其他還有一些有機物組分包括蛋白質、黏合劑、涂布膠粘劑、食物殘渣等。

由于廢紙中含有成分復雜的廢雜質,需要化學品制劑將其去除以完成制漿,加之抄紙過程中需添加施膠劑、滑石粉等制劑,致使廢紙再生造紙過程中排放大量高濃度含有毒有害污染物的廢水。

高效厭氧生物反應器

為降低有機廢水厭氧處理工程的造價,人們一直在努力開發高有機負荷的厭氧反應器,20世紀70年代由荷蘭開發出的UASB,其有機負荷比常規厭氧消化系統高,屬第二代厭氧反應器。20世紀90年代初,厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)、內循環(IC)類厭氧反應器相繼出現,它的有機負荷比第二代厭氧反應器更高,被認為是第三代厭氧反應器。

但無一例外,國內很多紙廠實際運行案例表明:以上厭氧反應器在應用于制漿造紙廢水的處理時,存在著COD去除效率低、跑泥嚴重、污泥鈣化及流失、造價高、管理困難、操作難度大等問題。

近年來,我公司針對各種制漿造紙廢水的特點,在第二代、第三代厭氧反應器基礎上,研制開發了一體化厭氧反應器??煞Q之為第四代厭氧反應器。


一體化厭氧反應器的工作原理

一體化厭氧反應器,從構造上看是通過特殊的設計,將反應器分隔為幾個反應室,每個反應室都是一個相對獨立的高效厭氧反應系統。運行時,污水在導流設施的作用下通過反應室內的污泥床層,并通過水流和產氣的攪拌作用,使得水中的底物與微生物充分接觸而得以降解去除。從工藝上看,一體化厭氧反應器與單個UASB有顯著不同,首先,UASB可近似看作一種完全升流式反應器,而一體化厭氧反應器是一種復雜混合型水力態,且更接近于推流式反應器;其次,UASB中酸化和產甲烷兩類不同的微生物相交織在一起,不能很好適應相應的底物組分及環境因子(pH值、H2分壓值等),而在一體化厭氧反應器中通過設計控制反應室中的微生物相是遞變的,遞變的規律與底物降解過程協調一致,從而確保相應的微生物相擁有最佳的工作活性。

一體化厭氧反應器的優點

1、去除效率高,運行穩定。

由于一體化厭氧的內部經過特殊的設計,包裝紙廢水一體化厭氧系統的COD去除率一直穩定在85%93%左右,厭氧出水COD值一般穩定在300700mg/L;而其他的厭氧反應器去除率一般在55%65%之間,其出水COD值一般在20003400mg/L(因為其他的厭氧反應器會出現嚴重鈣化,所以去除效率不穩定,效率差時出水COD去除效率只有40%50%);一體化厭氧系統對溫度的適應范圍較廣,一般水溫在28℃~40℃范圍內,而其他厭氧反應器必須嚴格控制在3538℃,一體化厭氧系統較廣的溫度適用范圍降低了冬季升溫所需的費用。

2、投資省,污泥不鈣化、操作管理簡單。

首先,一體化厭氧系統初始造價要比IC厭氧塔低1/31/2,不需要配套水解酸化池、循環池、厭沉池等。

其次,一體化厭氧系統采用的是絮狀及顆?;旌衔勰?,啟動及運行時不需要外購或補充顆粒污泥,大大節省污泥費用;而其他厭氧反應器,首次運行時,顆粒污泥填充量約是總容積的55%,顆粒污泥價格為14001600/噸,污泥外購導致投資增加。一體化厭氧系統的污泥會不斷產出,后期運行不需要再補充;而其他厭氧形式(如:ic厭氧塔及其他類似技術)的顆粒污泥容易鈣化且跑泥,平均運行35個月便會基本鈣化,因此每年大約需要補泥或者置換污泥24次,從污泥鈣化30%到基本全部鈣化期間,COD去除效率將大幅度下降。制漿造紙廢水采用IC類厭氧尚且如此,若采用UASB工藝則更甚,UASB也是采用顆粒污泥,并且采用單級布水,單級三相分離器,污泥流失很快,顆粒污泥容易鈣化,去除效率也更低,在制漿造紙行業已基本被淘汰。

第三,一體化厭氧系統操作簡單,污水可以直接進入系統,除了常規的巡檢檢測,基本實現無人值守。而其他厭氧反應器需要嚴格控制進水溫度、pH、揮發酸(VFA)、SO42-等指標,并且當處理高濃度廢水時,需要加大回流,用更多的二沉池出水稀釋原水中的有害物質,這樣便加大了好氧生化處理水量及難度。

3、沼氣產率高,效益高。

一體化厭氧系統COD去除率高,因此沼氣產率高,以水量5000/天,厭氧系統進水COD6000mg/L,去除率85%為例,厭氧系統產生的沼氣量約為10000多方/天(相當于每天產生10多噸標煤),如果用于發電,一年便可以收益約450多萬左右,一年左右即可基本收回一體化厭氧系統的投資成本。污水處理不再是只是花錢的項目。

4、內置生物脫鹽技術

一體化厭氧系統內設置生物脫鹽功能,該功能無需單獨收費,這是其他厭氧系統所不具備的。脫鹽對造紙循環用水十分重要,回用水中總鹽含量高會對紙的質量造成影響,化學品添加量也會增多,還會對噴嘴,流漿箱、管道及其他設備造成結垢堵塞、腐蝕而影響正常生產。

5、好氧生化所需能耗低

好氧生化動力消耗與COD值的高低關系密切,當厭氧出水COD值高時,好氧生化所需要的能耗將成倍增加。

6、好氧生化系統占地面積省

好氧生化池容與進水COD的關系可以由下面公式簡單來計算:

V(曝氣池容積)=

Q=處理水量,Sa=污水進水負荷,X=MLSS,Ns=污泥負荷率)

由以上公式可以看出,在MLSS和污泥負荷率不變的前提下,處理水量及進水負荷增加,會導致后續曝氣池和二沉池容積成倍增加。一體化厭氧系統出水COD值遠低于IC厭氧塔等厭氧系統出水COD值,無需對原水進行稀釋,且其對進水負荷的包容性較大,因此后續好氧生化系統池容及占地相對要小很多,這樣一方面減少了生化系統的占地,同時也大大減少了生化系統的建設成本。

厭氧出水的COD值低了,好氧曝氣所需要的池容小了,所配套的鼓風機功率及電耗也會成倍下降。眾所周知,污水處理系統電耗是污水處理運行費用的主要成本組成,降低電耗預示著天天在省錢。





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